LOFAR maakt zeer gedetailleerde afbeeldingen van sterrenstelsels
Het heelal wordt overspoeld door elektromagnetische straling waarvan zichtbaar licht slechts een klein gedeelte vormt. Elk deel van het lichtspectrum onthult iets unieks over het heelal, van korte-golf gammastraling en röntgenstraling tot lange golflente microgolf- en radiostraling.
Het LOFAR-netwerk (LOw Frequency ARray) verzamelt data op FM radiogolflengtes die, anders dan kortere golflengtes zoals zichtbaar licht, niet door wolken van stof en gas worden geblokkeerd. Gebieden in de ruimte die voor onze ogen donker lijken te zijn, zijn op radiogolflengtes vaak heel helder. Hierdoor kunnen astronomen stervormingsgebieden bestuderen tot in de centra van sterrenstelsels toe.
De nieuwe opnames, mogelijk gemaakt dankzij internationale samenwerking, rekken de grenzen op van wat we weten over sterrenstelsels en superzware zwarte gaten. De afbeeldingen en wetenschappelijke resultaten worden beschreven in 11 verschillende wetenschappelijke artikelen die in een speciale editie van het tijdschrift Astronomy & Astrophysics zijn verschenen.
Betere resolutie door samenwerking
De afbeeldingen tonen de werking van nabije en verre sterrenstelsels met een resolutie die 20 keer beter is dan standaard LOFAR-afbeeldingen. Dit werd mogelijk gemaakt door de unieke manier waarop het team gebruik maakte van de antennes.
De meer dan 70.000 antennes van het LOFAR netwerk staan verspreid door Europa maar het merendeel ervan bevindt zich in Nederland. Bij standaard gebruik van LOFAR worden alleen de signalen van de antennes binnen Nederland gecombineerd. Dit zorgt voor een virtuele telescoop met een diameter van 120 kilometer. Door de signalen van alle Europese antennes met elkaar te combineren wordt de diameter vergroot tot bijna 2000 kilometer. In resolutie betekent dat een factor 20.
Anders dan conventionele radioantennes die meerdere signalen real-time combineren tot opnames gebruikt LOFAR een geheel nieuw concept waarbij de signalen die door de afzonderlijke antennes worden verzameld worden gedigitaliseerd en naar een centrale verwerkingseenheid worden gestuurd waarna ze worden gecombineerd tot een afbeelding. Iedere LOFAR-opname is dus het resultaat van het gecombineerde signaal van meer dan 70.000 antennes en dat maakt deze enorme resolutie mogelijk.
Jets van superzware zwarte gaten
In de centra van veel sterrenstelsels kunnen superzware zwarte gaten worden gevonden en veel van die zwarte gaten zijn “actief”; ze verorberen materie en spuwen dat in de vorm van krachtige jets en straling weer terug het heelal in. Voor het blote oog zijn deze jets niet zichtbaar maar op radiogolflengtes zijn ze helder. In de nieuwe, hoge resolutieopnames ligt hier dan ook de nadruk op.
De hoge resolutie zorgt ervoor dat astronomen veel beter kunnen zien wat er gebeurt als supermassieve zwarte gaten jets van radiostraling uitspuwen. Op golflengtes in de buurt van de FM radioband was dat voorheen niet mogelijk.
Het werk van het team vormt de basis van negen wetenschappelijke artikelen die nieuwe informatie bevatten over de binnenste structuur van radiojets in verschillende sterrenstelsels.
Een uitdaging van 10 jaar
LOFAR werd in 2012 operationeel maar zelfs daarvoor was een Europees team van astronomen al bezig met de enorme uitdaging om alle binnenkomende signalen van meer dan 70.000 antennes die tot 2000 kilometer ver weg staan, met elkaar te combineren. In een van de artikelen beschrijven ze de pijplijn waarin alle data wordt verwerkt waardoor astronomen van over de gehele wereld LOFAR kunnen gebruiken om relatief eenvoudig opnames te maken met een hoge resolutie.
Superafbeeldingen vereisen een supercomputer
Voor de eindgebruiker is het relatief eenvoudig om nu deze opnames te maken maar er zit een grote rekenkundige uitdaging achter om dit te bereiken. Omdat LOFAR niet gewoon opnames maakt van de nachtelijke hemel moet men data die is verzameld door meer dan 70.000 antennes aan elkaar plakken, en dat is rekenkundig een grote uitdaging. Om een enkele opname te maken wordt meer dan 13 terabits per seconde aan ruwe data, dat komt overeen met meer dan 300 DVD’s, worden gedigitaliseerd, naar een centrale verwerkingseenheid getransporteerd en daarna gecombineerd.
Daarvoor zijn supercomputers nodig die het mogelijk maken om al die terabytes aan informatie van de antennes in een paar dagen tijd om te zetten naar enkele gigabytes aan bruikbare wetenschappelijke data.
Eerste publicatie: 18 augustus 2021
Bron: ASTRON